DE102005056165A1

DE102005056165A1 - Measurement pipe for an electromagnetic flowmeter used in measuring the flow of conducting liquids is made at least partially from magnetically conducting material whose relative permeability is significantly greater than 1

Info

Publication number: DE102005056165A1
Application number: DE200510056165
Authority: DE
Inventors: Thomas Zingg; Simon Dr. Stingelin
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2005-11-23
Filing date: 2005-11-23
Publication date: 2007-05-24

Abstract

Measurement pipe (2) for an electromagnetic flowmeter is made at least partially from magnetically conducting material whose relative permeability, mu r, is significantly greater than 1, in particular greater than 10. The invention also relates to a corresponding electromagnetic flowmeter.

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßrohr für einen magnetische-induktiven Durchflußmesser sowie ein magnetisch-induktiven Durchflußmesser mit einem solchen Meßrohr.The The invention relates to a measuring tube for one magnetic-inductive flowmeter and a magnetic-inductive flowmeter with such a measuring tube.

Zur Messung von elektrisch leitfähigen Fluids werden oftmals Durchflußmesser mit einem magnetisch-induktiven Meßaufnehmer eingesetzt. Bekanntlich läßt sich mit magnetisch-induktiven Durchflußmessern im besonderen auch der Volumen-Durchfluß von elektrisch leitenden Fluids, insb. Flüssigkeiten, messen und in entsprechende Meßwerte abbilden, das in einer Rohrleitung strömt. Das Meßprinzip von magnetisch-induktiven Durchflußmessern beruht bekanntlich darauf, daß eine elektrische Spannung, die aufgrund von Ladungstrennungen in einem von einem Magnetfeld durchquerten Teilvolumen des strömenden Fluids induziert wird, mittels wenigstes zweier Meßelektroden abgegriffen und in einer Meßgerät-Elektronik des Durchflußmessers zu einem entsprechenden Meßwert, beispielsweise einem Volumendurchfluß-Meßwert, weiterverarbeitet wird. Gleichermaßen bekannt sind dem Fachmann auch der Aufbau der einzelnen Komponenten sowie die Wirkungsweise von magnetisch-induktiven Durchflußmessern, beispielsweise auch aus der DE-A 43 26 991, der EP-A 1 460 394, der EP-A 1 275 940, der EP-A 12 73 892, der EP-A 1 273 891, der EP-A 814 324, der EP-A 770 855, der EP-A 521 169, der US-B 67 63 729, der US-B 66 58 720, der US-B 66 34 238, der US-B 65 95 069, der US-A 60 31 740, der US-A 56 64 315, der US-A 56 46 353, der US-A 55 40 103, der US-A 54 87 310, der US-A 52 10 496, der US-A 47 04 908, der US-A 44 10 926, der US-A 2002/0117009 oder der WO-A 01/90702.to Measurement of electrically conductive Fluids often become flowmeters used with a magnetic-inductive transducer. generally known let yourself with magnetic-inductive flowmeters in particular also the volume flow of electrically conductive fluid, esp. Fluids, measure and in corresponding readings map, which flows in a pipeline. The measuring principle of magnetic-inductive flowmeters is known to be based on a electrical voltage due to charge separations in one from a magnetic field traversed part volume of the flowing fluid is induced, tapped by means of least two measuring electrodes and in a gauge electronics of the flow meter to a corresponding measured value, For example, a volumetric flow measurement, further processed. equally The person skilled in the art also knows the structure of the individual components as well as the mode of action of magnetic-inductive flowmeters, for example, also from DE-A 43 26 991, EP-A 1 460 394, EP-A 1 275 940, EP-A 12 73 892, EP-A 1 273 891, the EP-A 814 324, EP-A 770 855, EP-A 521 169, US-B 67 63 729, US-B 66 58 720, US-B 66 34 238, US-B 65 95 069, US-A 60 31 740, US-A 56 64 315, US-A 56 46 353, the US-A 55 40 103, US-A 54 87 310, US-A 52 10 496, US-A 47 04 908, US-A 44 10 926, US-A 2002/0117009 or WO-A 01/90702.

Zum Führen des zu messenden Fluids weisen Meßaufnehmer der beschriebenen Art, wie auch in Fig. schematisiert dargestellt, ein in den Verlauf der Fluid führenden Rohrleitung eingesetztes Meßrohr auf, das zur Vermeidung des Kurzschließens der im Fluid induzierten Spannung zumindest auf seiner das Fluid berührenden Innenseite im wesentlichen elektrisch nicht-leitend ausgebildet ist. Zum Einsetzen des Meßrohrs in den Verlauf der Fluid führenden Rohrleitung ist endseits des Meßrohrs jeweils ein entsprechender Flansch oder dergleichen vorgesehen. Industriell eingesetzte Meßaufnehmer der beschriebenen Art weisen dabei zumeist jeweils ein Meßrohr auf, das mittels eines metallischen Trägerrohrs und einer auf dieses innen aufgetragenen, aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Schicht – dem sogenannten Liner – gebildet ist. Die Verwendung eines derart aufgebauten Meßrohrs gewährleistet u.a. einen mechanisch sehr stabilen und robusten Aufbau des Meßaufnehmers und insoweit auch des Durchflußmessers insgesamt. Als Material für den Liner werden z.B. Hartgummi, Polyfluorethylen, Polyurethan oder andere chemisch und/oder mechanisch beständige Kunststoffe verwendet, während Trägerrohre der beschriebenen Art, um eine Beeinträchtigung des Magnetfelds, insb. auch ein allfälliges Kurzschließen desselben über das Meßrohr, zu vermeiden, herkömmlicherweise aus einem nicht-ferromagnetischen, insb. paramagnetischen, Material, wie z.B. Edelstahl oder dergleichen, hergestellt sind. Durch eine entsprechende Auslegung des Trägerrohrs ist somit eine Anpassung der Festigkeit des Meßrohrs an die im jeweiligen Einsatzfall vorliegenden mechanischen Beanspruchungen realisierbar, während mittels des Liners eine Anpassung des Meßrohr an die für den jeweiligen Einsatzfall geltenden chemischen, insb. hygienischen, Anforderungen realisierbar ist. Üblicherweise werden dabei Materialien eingesetzt, die jeweils eine nominelle, also wirksame oder mittlere relative Permeabilität μ_r aufweisen, die wesentlich kleiner als 10, insb. kleiner als 5, ist. Bekanntlich gibt die relative Permeabilität μ_r dabei an, um wieviel die magnetische Flußdichte (= magnetische Induktion) im Vergleich zur magnetischen Flußdichte in Luft oder Vakuum, deren Permeabilität μ₀ (= Induktionskonstante) bekanntlich gleich 1,256·10^–6 Vs·Am^–1 ist, erhöht wird, wenn das betreffende Material in selbiges Magnetfeld eingebracht wird, d.h. es gilt für die Permeabilität μ des verwendeten Materials die Beziehung μ = μ_r·μ₀.To guide the fluid to be measured, transducers of the type described, as shown schematically in Fig., A inserted into the course of the fluid pipe used measuring tube to avoid shorting the voltage induced in the fluid at least on its inside contacting the fluid is formed substantially electrically non-conductive. For insertion of the measuring tube in the course of the fluid-carrying pipe end of the measuring tube in each case a corresponding flange or the like is provided. In most cases, industrially used measuring transducers of the type described here each have a measuring tube which is formed by means of a metallic carrier tube and a layer of electrically insulating material applied to the inner layer, the so-called liner. The use of a measuring tube constructed in this way, inter alia, ensures a mechanically very stable and robust construction of the measuring transducer and, to that extent, of the flowmeter as a whole. As a material for the liner, for example, hard rubber, polyfluoroethylene, polyurethane or other chemically and / or mechanically resistant plastics are used, while carrier tubes of the type described to avoid impairment of the magnetic field, esp. Also a possible short-circuiting thereof via the measuring tube, conventionally are made of a non-ferromagnetic, especially paramagnetic, material, such as stainless steel or the like. By an appropriate design of the support tube thus an adaptation of the strength of the measuring tube to the mechanical stresses present in each case can be realized, while by means of the liner adaptation of the measuring tube to the applicable application for each chemical, esp. Hygienic, requirements can be realized. Usually, materials are used which each have a nominal, ie effective or average relative permeability μ _r , which is substantially less than 10, in particular less than 5. It is known that the relative permeability μ _r indicates how much the magnetic flux density (= magnetic induction) compared to the magnetic flux density in air or vacuum whose permeability μ ₀ (= induction constant) is known as 1.256 · 10 ^-6 Vs · Am ^-1 is, is increased when the material in question is introduced into selbiges magnetic field, ie it applies to the permeability μ of the material used, the relationship μ = μ _r · μ ₀ .

Das für die Messung erforderlich Magnetfeld wird von einem entsprechenden Magnetfeld-System erzeugt, das eine Spulenanordnung mit zumeist zwei Feldspulen, entsprechende Spulenkerne und/oder Polschuhe für die Feldspulen und ggf. die Spulenkerne außerhalb des Meßrohrs verbindende magnetisch-leitfähige Führungsbleche enthält. Allerdings sind auch Magnetfeld-Systeme mit einer einzigen Feldspule bekannt. Das Magnetfeld-System ist üblicherweise, wie auch in 1 angedeutet, direkt Meßrohr angeordnet und von diesem gehaltert.The magnetic field required for the measurement is generated by a corresponding magnetic field system, which contains a coil arrangement with mostly two field coils, corresponding coil cores and / or pole shoes for the field coils and possibly the coil cores connecting outside the measuring tube magnetically conductive guide plates. However, magnetic field systems with a single field coil are also known. The magnetic field system is common, as well as in 1 indicated, arranged directly measuring tube and supported by this.

Zum Erzeugen des Magnetfelds wird ein von einer entsprechenden Meßgerät-Elektronik gelieferter Erregerstrom I in der Spulenanordnung fließen gelassen. Dieser ist bei modernen Meßaufnehmern üblicherweise ein getakteter bi-polarer Rechteck-Wechselstrom. In der US-B 67 63 729, der US-A 60 31 740, der US-A 44 10 926 oder der EP-A 1 460 394 sind Beispiele für der Erzeugung eines solchen Erregerstroms dienende Schaltungsanordnungen sowie entsprechende Schalt- und/oder Regelverfahren dafür beschrieben. Eine solche Schaltungsanordnung umfaßt üblicherweise eine den Spulenstrom treibende Energieversorgung sowie eine als H- oder T-Schaltung ausgeführte Brückenschaltung für die Modulation des Erregerstroms.To the Generating the magnetic field becomes one of a corresponding meter electronics supplied excitation current I flow in the coil assembly. This is usually a modern measuring sensors clocked bi-polar square-wave AC. In US-B 67 63 729, US-A 60 31 740, US-A 44 10 926 or EP-A 1 460 394 examples for Circuitry serving to generate such an exciting current as well as appropriate switching and / or control method described for it. Such a circuit usually comprises a coil current driving power supply as well as a designed as H or T circuit bridge circuit for the Modulation of the excitation current.

Die im Fluid gemäß dem Faraday'schen Induktionsgesetz generierte Spannung wird zwischen mindestens zwei galvanischen, also von der Flüssigkeit benetzten, oder zwischen mindestens zwei kapazitiven, also z.B. innerhalb der Rohrwand des Meßrohrs angeordneten, Meßelektroden als Meßspannung abgegriffen. Im häufigsten Fall sind die Meßelektroden diametral einander gegenüberliegend so angeordnet, daß ihr gemeinsamer Durchmesser senkrecht zur Richtung des Magnetfelds und somit senkrecht zum Durchmesser ist, auf dem die Spulenanordnungen liegen; gleichwohl können die Meßelektroden aber auch einander nicht-diametral gegenüberliegend am Meßrohr angeordnet sein, vgl. hierzu insb. die US-A 56 46 353. Die mittels der Meßelektroden abgegriffene Meßspannung wird verstärkt und mittels einer Auswerteschaltung zu einem Meßsignal aufbereitet, das registriert, angezeigt oder seinerseits weiterverarbeitet werden kann. Entsprechende Meß-Elektroniken sind dem Fachmann ebenfalls bekannt, beispielsweise aus der EP-A 814 324, der EP-A 521 169 oder der WO-A 01/90702.The in the fluid according to Faraday's law of induction generated voltage is between at least two galvanic, So from the liquid wetted, or between at least two capacitive, e.g. within the tube wall of the measuring tube arranged, measuring electrodes as measuring voltage tapped. Most often Case are the measuring electrodes diametrically opposite each other arranged so that you common diameter perpendicular to the direction of the magnetic field and thus perpendicular to the diameter on which the coil arrangements lie; however you can the measuring electrodes but also arranged non-diametrically opposite each other on the measuring tube be, cf. this esp. The US-A 56 46 353. The means of the measuring electrodes tapped measuring voltage is amplified and processed by means of an evaluation circuit to a measurement signal that registers displayed or can be further processed in turn. Corresponding measuring electronics are also known in the art, for example from EP-A 814,324, EP-A 521 169 or WO-A 01/90702.

Wie bereits angedeutet, kommt bei Meßaufnehmern der beschriebenen Art der Führung des Magnetfelds innerhalb und außerhalb des Meßrohrs eine besondere Bedeutung zu. Üblicherweise angewendete Maßnahmen zur Beeinflussung des Magnetfelds sind neben der Verwendung nicht-ferromagnetischer Meßrohre beispielsweise, wie u.a. auch in der US-B 65 95 069 beschrieben, durch die Verwendung von geeignet geformten und möglichst nah zum Fluid hin angeordneten Polschuhen für die Feldspulen und/oder die Verwendung magnetisch leitfähiger, insb. ferromagnetischer, Materialien für die Rückführung des Magnetfelds außerhalb des Meßrohrs gegeben.As already indicated, comes with sensors of the described Kind of leadership the magnetic field inside and outside the measuring tube a special importance. Usually applied measures for influencing the magnetic field are in addition to the use of non-ferromagnetic Measuring tubes, for example, like u.a. also described in US-B 65 95 069, by the use of suitably shaped and possible arranged close to the fluid pole pieces for the field coils and / or the Using magnetically conductive, Especially ferromagnetic, materials for the return of the magnetic field outside the measuring tube given.

Ein erheblicher Nachteil solcher Meßaufnehmer mit metallischem Trägerohr ist darin zusehen, daß einerseits erhebliche technische Aufwendung erforderlich sind, um daß Magnetfeld in für die geforderte Meßgenauigkeiten ausreichendem Maße zu Formen und zu Führen. Andererseits stellt die damit einhergehende Verwendung vergleichsweise teurer nicht-ferromagnetischer Metalle für die Trägerrohre, wie z.B. paramagnetischer Edelstähle, einen weiteren erheblichen Kostenfaktor bei der Herstellung von Meßaufnehmern der beschriebenen Art dar. Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Magnetfeldsysteme ist ferner darin zu sehen, daß das Magnetfeld, wie auch in 1 schematisert dargestellt, innerhalb des Meßrohrslumens sehr inhomogen ausgebildet ist und somit die Meßspannung in erheblichem Maße auch vom Strömungsprofil des Fluids im Meßrohr abhängig sein kann.A significant disadvantage of such transducer with metallic support tube is to watch that on the one hand considerable technical effort is required to form the magnetic field in sufficient for the required measurement accuracy measures and lead. On the other hand, the associated use of relatively expensive non-ferromagnetic metals for the support tubes, such as paramagnetic stainless steels, represents a further significant cost factor in the production of transducers of the type described. Another disadvantage of conventional magnetic field systems is the fact that the magnetic field, as well as in 1 schematisert shown within the Meßrohrslumens is formed very inhomogeneous and thus the measurement voltage can be dependent on the flow profile of the fluid in the measuring tube to a considerable extent.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, magnetisch-induktive Meßaufnehmer dahingehend zu verbessern, daß einerseits ein kostengünstigeres Fertigen derselben erfolgen kann und daß anderseits die Ausprägung des für die Messung erforderlichen Magnetfelds auf einfache und kostengünstige, gleichwohl aber sehr effiziente Weise optimiert werden kann.A The object of the invention is therefore magnetic-inductive transducer to improve that on the one hand a cheaper one The same can be done and that on the other hand the expression of the for the Measurement of required magnetic field in a simple and cost-effective, however, it can be optimized very efficiently.

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung in einem dem Führen eines elektrisch leitfähigen Fluids dienenden Meßrohr eines magnetisch-induktiven Durchflußmessers. und wobei das Meßrohr zumindest anteilig, insb. überwiegend, aus einem magnetisch leitfähigen Material besteht, das eine relative Permeabilität, μ_r aufweist, die wesentlich größer als eins, insb. größer als 10, ist.To achieve this object, the invention consists in a measuring of an electrically conductive fluid measuring tube of a magnetic-inductive flow meter. and wherein the measuring tube consists at least partially, in particular predominantly, of a magnetically conductive material which has a relative permeability, μ _r , which is substantially greater than one, in particular greater than 10.

Ferner besteht die Erfindung in einem magnetisch-induktiven Durchflußmesser für ein in einer Leitung strömendes Fluid, der ein solches Meßrohr umfaßt.Further the invention consists in a magnetic-inductive flowmeter for a flowing in a pipe Fluid, which is such a measuring tube includes.

Nach einer ersten Ausgestaltung des Meßrohrs der Erfindung bestehen die metallischen Komponenten des Meßrohrs und/oder das gesamte Meßrohr in überwiegendem Maße aus magnetisch leitfähigem Material.To a first embodiment of the measuring tube of the invention the metallic components of the measuring tube and / or the entire measuring tube in prevalent Dimensions off magnetically conductive Material.

Nach einer zweiten Ausgestaltung des Meßrohrs der Erfindung weist dessen magnetisch leitfähiges Material eine relative Permeabilität, μ_r, auf, die wesentlich größer als 10, insb. größer als 20, ist.According to a second embodiment of the measuring tube of the invention, its magnetically conductive material has a relative permeability, μ _r , which is substantially greater than 10, in particular greater than 20, is.

Nach einer dritten Ausgestaltung des Meßrohrs der Erfindung weist dessen magnetisch leitfähiges Material eine relative Permeabilität, μ_r, auf, die kleiner als 1000, insb. kleiner als 400, ist.In a third embodiment of the measuring tube of the invention, the magnetically conductive material has a relative permeability μ _r, on which, in particular less than 1000. Less than 400, is.

Nach einer vierten Ausgestaltung des Meßrohrs der Erfindung weist dessen magnetisch leitfähiges Material eine relative Permeabilität, μ_r, auf, die in einem Bereich zwischen 20 und 400 liegt.According to a fourth embodiment of the measuring tube of the invention, its magnetically conductive material has a relative permeability, μ _r , which is in a range between 20 and 400.

Nach einer fünften Ausgestaltung des Meßrohrs der Erfindung besteht zumindest ein zentrales Rohrsegment des Meßrohrs, insb. entlang eines in sich geschlossenen Umfangs des Meßrohrs, aus dem magnetisch leitfähigen Material.To a fifth Embodiment of the measuring tube the invention consists of at least one central tube segment of the measuring tube, esp. Along a self-contained perimeter of the measuring tube, from the magnetically conductive Material.

Nach einer sechsten Ausgestaltung des Meßrohrs der Erfindung ist das magnetisch leitfähige Material im wesentlichen über eine gesamte Länge des Meßrohrs und/oder über einen gesamten Umfang des Meßrohrs, insb. gleichmäßig, verteilt.To A sixth embodiment of the measuring tube of the invention is the magnetically conductive Material essentially over an entire length of the measuring tube and / or over an entire circumference of the measuring tube, especially evenly distributed.

Nach einer siebenten Ausgestaltung des Meßrohrs der Erfindung besteht das Meßrohr zumindest anteilig aus ferromagnetischem Metall.To a seventh embodiment of the measuring tube of the invention the measuring tube at least partially made of ferromagnetic metal.

Nach einer achten Ausgestaltung des Meßrohrs der Erfindung besteht das Meßrohr zumindest anteilig aus weichmagnetischem Metall besteht.To an eighth embodiment of the measuring tube of the invention the measuring tube at least partially made of soft magnetic metal.

Nach einer neunten Ausgestaltung des Meßrohrs der Erfindung besteht das Meßrohr zumindest anteilig aus hartmagnetischem Metall.To a ninth embodiment of the measuring tube of the invention the measuring tube at least partially made of hard magnetic metal.

Nach einer zehnten Ausgestaltung des Meßrohrs der Erfindung weist das magnetisch leitfähige Material eine Schichtdicke auf, die viel kleiner ist als ein Innen-Durchmesser des Meßrohrs.To a tenth embodiment of the measuring tube of the invention the magnetically conductive Material has a layer thickness that is much smaller than an inner diameter of the measuring tube.

Nach einer elften Ausgestaltung des Meßrohrs der Erfindung sind der Innen-Durchmesser des Meßrohrs und die Schichtdicke des magnetisch leitfähigen Materials so bemessen, daß ein Verhältnis von Schichtdicke des magnetisch leitfähigen Materials zu Innen-Durchmesser des Meßrohrs kleiner als 0.2, insb. kleiner 0.1, ist.To an eleventh embodiment of the measuring tube of the invention are the Inner Diameter of the measuring tube and the layer thickness of the magnetically conductive material so dimensioned the existence relationship from layer thickness of the magnetically conductive material to inner diameter of the measuring tube less than 0.2, esp. Less than 0.1, is.

Nach einer zwölften Ausgestaltung des Meßrohrs der Erfindung ist das Meßrohr zumindest auf seiner Fluid berührenden Innenseite im wesentlichen elektrisch nicht-leitend ausgebildet.To a twelfth Embodiment of the measuring tube The invention is the measuring tube at least on its fluid touching Inner side substantially non-electrically conductive.

Nach einer dreizehnten Ausgestaltung des Meßrohrs der Erfindung ist das Meßrohr mittels eines als äußere Rohrwand und/oder als äußere Umhüllung dienenden, insb. metallischen und/oder elektrisch leitfähigen, Trägerrohrs gebildet, das innen mit wenigstens einer Schicht aus elektrisch isolierendem Material ausgekleidet ist. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung weist das Trägerrohr eine Wandstärke auf, die viel kleiner ist als ein Innen-Durchmesser des Trägerrohrs. Im besonderen sind dabei der Innen-Durchmesser und die Wandstärke des Trägerrohrs so bemessen, daß ein Verhältnis der Wandstärke des Trägerrohrs zu dessen Innen-Durchmesser kleiner als 0.5, insb. kleiner 0.2, ist. Nach einer anderen Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist dabei ein solches magnetisch leitfähiges Material verwendet, daß das Verhältnis der Wandstärke des Trägerrohrs zu dessen Innen-Durchmesser multipliziert mit der relativen Permeabilität, μ_r, des magnetisch leitfähigen Materials einen Wert ergibt, der kleiner als 5, insb. kleiner als 3, ist und/oder der größer als eins, insb. größer als 1.2, ist. Ein weiterer Aspekt dieser Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das Trägerrohr zumindest anteilig, insb. überwiegend oder durchgängig, aus dem magnetisch leitfähigen Material hergestellt ist.According to a thirteenth embodiment of the measuring tube of the invention, the measuring tube is formed by means of a serving as an outer tube wall and / or outer sheath, esp. Metallic and / or electrically conductive, support tube, which is internally lined with at least one layer of electrically insulating material. According to a development of this embodiment of the invention, the support tube has a wall thickness which is much smaller than an inner diameter of the support tube. In particular, while the inner diameter and the wall thickness of the support tube are dimensioned so that a ratio of the wall thickness of the support tube to its inner diameter is less than 0.5, esp. Less than 0.2, is. According to another embodiment of this embodiment of the invention, such a magnetically conductive material is used that the ratio of the wall thickness of the support tube to its inner diameter multiplied by the relative permeability, μ _r , of the magnetically conductive material results in a value that is less than 5 , in particular less than 3, is and / or which is greater than one, in particular greater than 1.2, is. Another aspect of this embodiment of the invention is that the support tube is at least partially, in particular predominantly or continuously, made of the magnetically conductive material.

Nach einer ersten Ausgestaltung des Durchflußmessers der Erfindung umfaßt dieser weiters eine Meß- und Betriebsschaltung, ein von der Meß- und Betriebsschaltung gespeistes Magnetfeld-System, das mittels wenigstens einer am Meßrohr oder in dessen Nähe angeordneten Feldspule ein zumindest zeitweise ein Lumen des Meßrohrs durchsetzendes, insb. getaktetes, Magnetfeld erzeugt, und wenigstens zwei Meßelektroden zum Abgreifen von elektrischen Potentialen und/oder elektrischen Spannungen, die im durch das Meßrohr strömenden und vom Magnetfeld durchsetzten Fluid induziert sind. Zum Erzeugen von Meßwerten, die wenigstens einen das zu messende Fluid beschreibenden Parameter repräsentieren, ist die Meß- und Betriebsschaltung ferner zumindest zeitweise mit wenigstens einer der Meßelektroden verbunden. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung sind die Meßelektroden von der wenigstens einen Feldspule beabstandet am Meßrohr und/oder innerhalb von dessen Rohrwand angeordnet. Insbesondere sind die wenigstens zwei Meßelektroden dabei so am Meßrohr angeordnet, daß eine diese imaginär verbindende Elektrodenachse das zumindest zeitweise das Lumen des Meßrohrs durchsetzenden Magnetfeld im wesentlich senkrecht schneidet. Ferner ist das magnetisch leitfähige Material zumindest im Bereich eines zentralen Rohrsegments des Meßrohrs, insb. entlang eines in sich geschlossenen Umfangs des Meßrohrs, so verteilt und sind die wenigstens eine Feldspule sowie die Meßelektroden so am Meßrohr angeordnet, daß das im Betrieb zumindest zeitweise erzeugte Magnetfeld sowohl im Bereich der Feldspulen als auch im Bereich der Meßelektroden, insb. mit im wesentlichen derselben Richtung und/oder im wesentlichen gleicher magnetischer Flußdichte, in das Lumen des Meßrohrs eingekoppelt ist. Weiterführend ist dabei das magnetisch leitfähige Material zumindest im Bereich eines zentralen Rohrsegments des Meßrohrs, insb. entlang eines in sich geschlossenen Umfangs des Meßrohrs, so verteilt und sind die wenigstens eine Feldspule sowie die Meßelektroden so am Meßrohr angeordnet, daß das zumindest zeitweise erzeugte Magnetfeld innerhalb des Lumens des Meßrohrs zumindest im Bereich des zentralen Rohrsegments dergestalt ausgebildet ist, daß es zumindest im Bereich der Rohrwand auch in einem senkrechten Abstand von der gedachten Elektrodenachse von mehr als einer Viertellänge eines Innen-Durchmessers des Meßrohrs zumindest überwiegend senkrecht zur gedachten Elektrodenachse ausgerichtet ist.According to a first embodiment of the flowmeter of the invention, this further comprises a measuring and operating circuit, a magnetic field system fed by the measuring and operating circuit, which at least temporarily passes through a lumen of the measuring tube by means of at least one field coil arranged on the measuring tube or in the vicinity thereof. In particular clocked, magnetic field generated, and at least two measuring electrodes for picking up electrical potentials and / or electrical voltages which are induced in flowing through the measuring tube and penetrated by the magnetic field fluid. In order to generate measured values which represent at least one parameter describing the fluid to be measured, the measuring and operating circuit is furthermore connected at least temporarily to at least one of the measuring electrodes. According to a development of this embodiment of the invention, the measuring electrodes are spaced from the at least one field coil on the measuring tube and / or within its tube wall. In particular, the at least two measuring electrodes are arranged on the measuring tube in such a way that an electrode axis which connects them imaginarily intersects the magnetic field passing through the lumen of the measuring tube, at least at times, substantially perpendicularly. Furthermore, the magnetically conductive material is distributed at least in the area of a central tube segment of the measuring tube, in particular along a closed circumference of the measuring tube, and the at least one field coil and the measuring electrodes are arranged on the measuring tube such that the magnetic field generated at least temporarily during operation both in the field coils and in the region of the measuring electrodes, in particular with substantially the same direction and / or substantially the same magnetic flux density, is coupled into the lumen of the measuring tube. In addition, the magnetically conductive material is distributed at least in the region of a central tube segment of the measuring tube, in particular along a closed circumference of the measuring tube, and the at least one field coil and the measuring electrodes are arranged on the measuring tube in such a way that the magnetic field generated at least intermittently the lumen of the measuring tube is formed at least in the region of the central tube segment such that it is at least in the area the tube wall is also oriented at a predominantly perpendicular to the imaginary electrode axis at a perpendicular distance from the imaginary electrode axis of more than one quarter of an inner diameter of the measuring tube.

Nach einer zweiten Ausgestaltung des Durchflußmessers der Erfindung umfaßt dieser weiters wenigstens eine außerhalb des Meßrohrs verlaufende magnetische Rückführung zum Führen des Magnetfelds außerhalb des Meßrohrs. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist dabei ein, insb. im Bereich der Meßelektroden gemessener, mittlerer Abstand zwischen der magnetische Rückführung und dem Meßrohr so gewählt, daß ein Abstand-Durchmesser-Verhältnis des mittleren Abstands zu einem Außen-Durchmesser des Trägerrohrs kleiner als eins, insb. kleiner als 0.5, ist. Ferner kann es bei dieser Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil sein, ein solches magnetisch leitfähiges Material zu verwenden, daß das Verhältnis des mittleren Abstands zum Außen-Durchmesser des Trägerrohrs multipliziert mit der relativen Permeabilität, μ_r, des magnetisch leitfähigen Materials einen Wert ergibt, der kleiner als 100, insb. kleiner als 60, ist.According to a second embodiment of the flow meter of the invention, this further comprises at least one magnetic return running outside the measuring tube for guiding the magnetic field outside the measuring tube. In a further development of this embodiment of the invention is a, esp. Measured in the range of the measuring electrodes, mean distance between the magnetic return and the measuring tube chosen so that a distance-diameter ratio of the average distance to an outer diameter of the support tube is smaller than one, in particular less than 0.5, is. Furthermore, it may be advantageous in this embodiment of the invention to use such a magnetically conductive material that the ratio of the average distance to the outer diameter of the support tube multiplied by the relative permeability, μ _r , of the magnetically conductive material results in a value less than 100, esp. Less than 60, is.

Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, Verbesserung der Effizienz des Magnetfeld-Systems dadurch zu erreichen, daß magnetisch-induktive Meßaufnehmer, anstelle der dafür üblicherweise verwendeten magnetisch nicht oder nur in sehr geringem Maße leitfähigen Meßrohre (μ_r ≈ 1), mit aus magnetisch hochleitfähigem Material bestehenden Meßrohren (μ_r » 1) ausgestattet werden.A basic idea of the invention is to achieve an improvement in the efficiency of the magnetic field system in that magnetically inductive transducers, instead of the magnetically not conductive or only to a very limited extent conductive measuring tubes (μ _r ≈ 1), are made of magnetically highly conductive Material existing measuring tubes (μ _r »1) are equipped.

Die Erfindung beruht dabei auch auf der überraschenden Erkenntnis, daß durch die Verwendung von magnetisch hochleitfähigem Material für das Meßrohr innerhalb des Meßrohrlumens zumindest im Nahbereich der Meßelektroden sowohl eine erhebliche Verstärkung als auch eine erhebliche Vergleichmäßigung und insoweit eine Homogenisierung des Magnetfelds bewirkt werden kann.The Invention is also based on the surprising finding that by the use of magnetically highly conductive material for the measuring tube within the Meßrohrlumens at least in the vicinity of the measuring electrodes both a significant reinforcement as well as a considerable homogenization and insofar a homogenization of the magnetic field can be effected.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß diese Verbesserung des Magnetfeld-Systems sogar mittels Meßrohren der beschriebenen Art erzielt werden kann, die im Vergleich zu herkömmlichen Meßaufnehmern weitaus kostengünstiger zu fertigen sind.One Advantage of the invention is that this improvement of the magnetic field system even by means of measuring tubes the described type can be achieved compared to conventional transducers much cheaper to be finished.

Einzelheiten der Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen werden nun anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen für einen magnetisch-induktiven Durchflußmesser sowie anhand von für verschiedene Konfigurationen des erfindungsgemäßen Meßaufnehmers experimentell ermittelte Magnetfelddaten näher erläutert:details The invention and advantageous embodiments will now be based on of embodiments illustrated in the figures of the drawing for one magnetic-inductive flowmeter as well as by for various configurations of the inventive Meßaufnehmers experimentally determined Magnetic field data closer explains:

1 zeigt die Ausbreitung des Magnetfelds in einem herkömmlichen magnetisch-induktiven Meßaufnehmer, 1 shows the propagation of the magnetic field in a conventional magnetic-inductive transducer,

2 zeigt schematisch teilweise in einem Querschnitt und teilweise in der Form eines Blockschaltbilds einen magnetisch-induktiven Durchflußmesser mit einem Meßrohr, 2 schematically shows partly in cross-section and partly in the form of a block diagram a magnetic-inductive flowmeter with a measuring tube,

3 zeigt die Ausbreitung des Magnetfelds innerhalb eines durch eine Elektrodenachse und eine Feldspulenachse aufgespannten Querschnitts eines magnetisch-induktiven Meßaufnehmer gemäß der Erfindung, 3 shows the propagation of the magnetic field within a cross-section formed by an electrode axis and a field coil axis of an electromagnetic transducer according to the invention,

4a, b, c zeigt innerhalb des Querschnitts von 3 für verschiedene magnetisch-induktive Meßaufnehmer ermittelte L2-Normen der magnetischen Flußdichte B sowie von deren in Richtung der Elektrodenachse oder in Richtung der Feldspulenachse wirkenden Komponenten jeweils in Abhängigkeit von einer relativen Permeabilität des Meßrohrmaterials, 4a , b, c shows within the cross section of 3 L2-norms of the magnetic flux density B and of their components acting in the direction of the electrode axis or in the direction of the field coil axis, in each case depending on a relative permeability of the measuring tube material, for different magneto-inductive measuring sensors,

5 zeigt innerhalb des Querschnitts von 3 für verschiedene magnetisch-induktive Meßaufnehmer ermittelte Verläufe von Beträgen der magnetischen Flußdichte B entlang der jeweiligen Elektrodenachse in Abhängigkeit eines Abstandes vom Mittelpunkt der Elektrodenachse, 5 shows within the cross section of 3 for various magneto-inductive transducers determined courses of magnitudes of the magnetic flux density B along the respective electrode axis as a function of a distance from the center of the electrode axis,

7 zeigt innerhalb des Querschnitts von 3 für verschiedene magnetisch-induktive Meßaufnehmer ermittelte totale Abweichungen des Betrags der Flußdichte vom dort gemessenen Mittelwert der Flußdichte B in Abhängigkeit von einer relativen Permeabilität des Meßrohrmaterials, 7 shows within the cross section of 3 total deviations of the magnitude of the flux density determined for various magneto-inductive transducers from the average value of the flux density B measured there as a function of a relative permeability of the measuring tube material,

8, 9 zeigen für verschiedene magnetisch-induktive Meßaufnehmer gemäß den 2 oder 3 ermittelte Abhängigkeiten einer optimalen relativen Permeabilität für das Meßrohrmaterial in Abhängigkeit von verschieden geometrischen Bemessungsgrößen für den Meßaufnehmer, und 8th . 9 show for various magnetic-inductive transducer according to 2 or 3 determined dependencies of an optimal relative permeability for the measuring tube material as a function of different geometrical dimensions for the transducer, and

10,11, 12a, b, c 13a, b, c zeigen für verschiedene magnetisch-induktive Meßaufnehmer gemäß den 2 oder 3 ermittelte Abhängigkeiten des Magnetfelds innerhalb des Querschnitts von 3 anhand von das Magnetfeld daselbst charakterisierenden Meßgrößen in Abhängigkeit von der relativen Permeabilität des Meßrohrmaterials sowie verschiedener geometrischen Bemessungsgrößen für den Meßaufnehmer. 10 . 11 . 12a , b, c 13a , b, c show for various magnetic-inductive transducers according to the 2 or 3 determined dependencies of the magnetic field within the cross section of 3 on the basis of the magnetic field of the self-characterizing measured variables as a function of the relative permeability of the Meßrohrmaterials and various geometric design variables for the transducer.

In 2 und 3 ist schematisch ein Durchflußmesser dargestellt, mit dem wenigstens eine physikalische Meßgröße eines elektrisch leitenden und strömenden Fluids 11, beispielsweise ein Volumendurchfluß, zu ermitteln ist. Der Durchflußmesser umfaßt einen magnetisch-induktiven Meßaufnehmer 1 und eine mit diesem gekoppelte Meß- und Betriebsschaltung 8 zum Ansteuern desselben und zum Erzeugen von, insb. digitalen, Meßwerten, die wenigstens einen das Fluid beschreibenden Parameter repräsentieren. Zur Weitergabe berechneter Meßwerte kann die beispielsweise unter Verwendung auch eines Mikrocomputers 10 realisierte Meß- und Betriebsschaltung 8 ferner über ein entsprechendes Datenübertragungssystem 16 mit einem übergeordneten Prozeßleitrechner 9 kommunizieren.In 2 and 3 schematically a flow meter is shown, with the at least one physical measurement of an electrically conductive and flowing fluid 11 , For example, a volume flow, is to be determined. The flowmeter comprises a magnetic-inductive transducer 1 and a coupled with this measuring and operating circuit 8th for driving it and for generating, in particular digital, measured values which represent at least one parameter describing the fluid. For the transmission of calculated measured values, for example, using a microcomputer 10 realized measuring and operating circuit 8th also via a corresponding data transmission system 16 with a higher level process control computer 9 communicate.

Zum Meßaufnehmer 1 gehört ein in den Verlauf einer das Fluid 11 führenden – hier jedoch nicht dargestellten – Rohrleitung eingesetztes Meßrohr 2 mit einem von einer Rohrwand umgebenen, zumindest zeitweise vom zu messenden Fluid 11 durchströmten Meßrohrlumen. Zum Verbinden des Meßrohrs 2 mit der Rohrleitung ist sind an dessen Enden entsprechende Verbindungselemente, z.B. Flansche, vorgesehen.To the transducer 1 is one in the course of a fluid 11 leading - not shown here - piping inserted measuring tube 2 with a fluid surrounded by a tube wall, at least temporarily from the fluid to be measured 11 flowed through Meßrohrlumen. For connecting the measuring tube 2 with the pipeline, corresponding connecting elements, eg flanges, are provided at the ends thereof.

Im Betrieb des Durchflußmessers ist ferner zumindest ein Teil des Meßrohrlumens zumindest zeitweise von einem Magnetfeld durchsetzt. Das Magnetfeld, das zumindest zeitweise, insb. auch taktweise wiederkehrend, im wesentlichen konstant gehalten ist, verläuft zumindest abschnittsweise senkrecht zu einer mit der Strömungsrichtung des Fluids 11 koinzidierenden Längsachse z des Meßrohrs, wodurch im Fluid eine mit der wenigstens einen Meßgröße des Fluids, beispielsweise der Strömungsgeschwindigkeit und/oder dem Volumendurchfluß, korrespondierenden Meßspannung U induziert wird. Auf seiner Fluid berührenden Innenseite ist das Meßrohr im wesentlichen elektrisch nicht-leitend ausgebildet, damit ein Kurzschließen der mittels des Magnetfelds induzierte Meßspannung U über das Meßrohr 2 vermieden wird.During operation of the flow meter, at least part of the measuring tube lumen is at least temporarily permeated by a magnetic field. The magnetic field, which is kept substantially constant at least at times, in particular also cyclically recurring, runs at least in sections perpendicular to one with the flow direction of the fluid 11 coincident longitudinal axis z of the measuring tube, whereby in the fluid with the at least one measured variable of the fluid, for example, the flow velocity and / or the volumetric flow, corresponding measuring voltage U is induced. On its fluid-contacting inside the measuring tube is formed substantially electrically non-conductive, thus short-circuiting the induced voltage of the magnetic field U via the measuring tube 2 is avoided.

Zum Erzeugen dieses für die Messung des wenigstens einen Parameters benötigten Magnetfelds mit einer dafür ausreichend hohen Flußdichte B weist der Meßaufnehmer 1 ferner ein von der Meß- und Betriebsschaltung 10 gespeistes Magnetfeld-System auf, das mittels wenigstens einer am Meßrohr 2 oder in dessen Nähe angeordneten Feldspule ein zumindest zeitweise ein Lumen des Meßrohrs 2 durchsetzendes, insb. getaktetes, Magnetfeld erzeugt. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt das Magnetfeld-System erste Feldspule 6 und eine, insb. zur ersten Feldspule 6 elektrisch in Serie oder auch parallel geschaltete, zweite Feldspule 7. Die Feldspulen 6, 7 sind einander gegenüberliegend am Meßrohr 2 angeordnet, und zwar gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung so, daß eine die beiden Feldspulen virtuell verbindende Spulenachse y mit einem Durchmesser des Meßrohrs 2 koinzidiert, der im wesentlichen senkrecht zur Längsachse z des Meßrohrs 2 verläuft. Das Rohrwand und Meßrohrlumen mit darin befindlichem Fluid 11 durchsetzende Magnetfeld entsteht nunmehr, wenn in den Feldspulen 6, 7 ein entsprechender Erregerstrom fließen gelassen wird, beispielsweise ein getakteter Gleich- oder Wechselstrom. Jede der Feldspulen 6, 7 kann, wie bei derartigen Magnetfeld-Systemen üblich, um einen magnetisch leitfähigen Kern gewickelt sein, wobei dieser wiederum mit einem entsprechenden Polschuhen zusammenwirken kann, vgl. z.B. die US-A 55 40 103; die Feldspulen können aber auch, wie in 1 auch schematisiert dargestellt, kernlose Luftspulen sein. Zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften des Magnetfeld-Systems kann ferner eine außerhalb des Meßrohrs 2 verlegte magnetische Rückführung 17 vorgesehen sein, die dazu dient das Magnetfeld außerhalb des Meßrohrs innerhalb eines möglichst kleinen Volumens zu führen. Beispielsweise können die Feldspulen 6, 7, wie bei derartigen Meßaufnehmern auch üblich, mittels solcher außerhalb des Meßrohrs verlegten magnetischen Rückführungen 17 miteinander magnetisch gekoppelt sein. Das Magnetfeld-System ist in vorteilhafter Weise ferner so ausgeführt, insb. sind die beiden Feldspulen 6, 7 so dimensioniert und zueinander ausgerichtet, daß das damit erzeugte Magnetfeld innerhalb des Meßrohrs 2 zumindest bezüglich der Spulenachse y weitgehend symmetrisch, insb. zumindest c₂-rotationssymmetrisch (c₂-Symmetrie = 180°-Rotationssysmmetrie), ausgebildet ist.To generate this required for the measurement of at least one parameter magnetic field with a sufficiently high flux density B, the transducer 1 also one of the measuring and operating circuit 10 fed magnetic field system, by means of at least one of the measuring tube 2 or in the vicinity arranged field coil at least temporarily a lumen of the measuring tube 2 enforcing, especially clocked, magnetic field generated. In the embodiment shown here, the magnetic field system comprises first field coil 6 and one, in particular to the first field coil 6 electrically in series or also in parallel, second field coil 7 , The field coils 6 . 7 are opposite each other on the measuring tube 2 arranged, and indeed according to an advantageous embodiment of the invention so that the two field coils virtually connecting coil axis y with a diameter of the measuring tube 2 coincides, which is substantially perpendicular to the longitudinal axis z of the measuring tube 2 runs. The tube wall and measuring tube lumen with fluid therein 11 passing magnetic field now arises when in the field coils 6 . 7 a corresponding excitation current is allowed to flow, for example a pulsed direct or alternating current. Each of the field coils 6 . 7 can, as usual in such magnetic field systems, be wound around a magnetically conductive core, which in turn can cooperate with a corresponding pole pieces, see. eg US-A 55 40 103; but the field coils can also, as in 1 Shown schematically, be coreless air coils. In order to improve the magnetic properties of the magnetic field system can also be an outside of the measuring tube 2 misplaced magnetic feedback 17 be provided, which serves to guide the magnetic field outside of the measuring tube within a small volume as possible. For example, the field coils 6 . 7 , as also customary with such transducers, by means of such laid outside the measuring tube magnetic feedback 17 be magnetically coupled with each other. The magnetic field system is also advantageously designed so, esp. The two field coils 6 . 7 dimensioned and aligned with each other so that the magnetic field thus generated within the measuring tube 2 at least with respect to the coil axis y is substantially symmetrical, esp. At least c ₂ rotationally symmetrical (c ₂ symmetry = 180 ° rotation Sys- tetry) is formed.

Zum Abgreifen von elektrischen Potentialen und/oder elektrischen Spannungen, die im durch das Meßrohr 2 strömenden und vom Magnetfeld durchsetzten Fluid induziert sind, weist der Meßaufnehmer ferner wenigstens zwei Meßelektroden auf, die im Betrieb des Durchflußmessers zumindest zeitweise mit der Meß- und Betriebsschaltung 8 verbunden sind, wobei eine an einer Innenseite der Rohrwand des Meßrohrs 2 angeordnete erste Meßelektrode 4 dem Abgriff eines von der wenigstens einen Meßgröße abhängigen ersten Potentials und eine gleichermaßen am Meßrohr angeordnete zweite Meßelektrode 5 dem Abgriff eines ebenfalls von der wenigstens einen Meßgröße abhängigen zweiten Potentials dienen. Die Meßelektroden 4, 5 sind dabei von der wenigstens einen Feldspule beabstandet am Meßrohr und/oder innerhalb von dessen Rohrwand angeordnet und zwar gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung so, daß eine die beiden Meßelektroden 4, 5 imaginär verbindende Elektrodenachse x im wesentlichen senkrecht zur Spulenachse y und/oder zur Meßrohrlängsachse z verläuft. Unter dem Einfluß der Magnetfeldes B wandern im strömenden Fluid befindliche freie Ladungsträger je nach Polarität in Richtung der einen oder der anderen Meßelektrode 4, 5 ab. Die zwischen den Meßelektroden 4, 5 aufgebaute Meßspannung U ist dabei im wesentlichen proportional zu der über den in 1 gezeigten Querschnitt A des Meßrohres 2 gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Fluids und somit auch ein Maß für dessen Volumenstrom.For tapping electrical potentials and / or electrical voltages in the through the measuring tube 2 are induced flowing and penetrated by the magnetic field fluid, the transducer further comprises at least two measuring electrodes, at least temporarily in the operation of the flow meter with the measuring and operating circuit 8th are connected, wherein one on an inner side of the tube wall of the measuring tube 2 arranged first measuring electrode 4 the tap of a dependent of the at least one measured variable first potential and a measuring electrode equally arranged on the second measuring electrode 5 the tap of a likewise serve of the at least one measured variable dependent second potential. The measuring electrodes 4 . 5 are spaced from the at least one field coil on the measuring tube and / or disposed within the tube wall and that according to an advantageous embodiment of the invention so that one of the two measuring electrodes 4 . 5 imaginary connecting electrode axis x is substantially perpendicular to the coil axis y and / or to Meßrohrlängsachse z. Under the influence of the magnetic field B free charge carriers located in the flowing fluid migrate depending on the polarity in the direction of one or the other measuring electrode 4 . 5 from. The between the measuring electrodes 4 . 5 constructed measuring voltage U is substantially proportional to that over the in 1 shown cross section A of the measuring tube 2 averaged flow velocity of the fluid and thus also a measure of its volume flow.

Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel liegen die Meßelektroden 4, 5 dabei praktisch auf einem zweiten Durchmesser des Meßrohrs 2, der sowohl im wesentlichen senkrecht auf der Meßrohrlängsachse z als auch im wesentlichen senkrecht auf der Spulenachse steht y. Die Meßelektroden 4, 5 können beispielsweise, wie auch in der 1 schematisch dargestellt, als galvanische, also die Flüssigkeit berührende Elektroden ausgebildet sein. Alternativ oder in Ergänzung dazu können aber auch kapazitive, also z.B. innerhalb der Rohrwand des Meßrohrs 2 angeordnete, Elektroden als Meßelektroden 4, 5 verwendet werden. Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn das Magnetfeld-System so ausgebildet ist, daß das Magnetfeld auch bezüglich der Elektrodenachse x zumindest eine c₂-Symmtrie aufweist. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Magnetfeld zudem so ausgebildet, daß es innerhalb des Meßrohrlumens zumindest zeitweise bezüglich der vorgenannten gedachten Bezugsachsen x, y, z im wesentlichen symmetrisch ist, und zwar in der Weise, daß es im wesentlichen jeweils zumindest eine c2-Symmetrie (= 180°-Rotationssysmmetrie) aufweist.In the embodiment shown here are the measuring electrodes 4 . 5 practically on a second diameter of the measuring tube 2 which is both substantially perpendicular to the Meßrohrlängsachse z and substantially perpendicular to the coil axis y. The measuring electrodes 4 . 5 can, for example, as well as in the 1 shown schematically, as a galvanic, so the liquid contacting electrodes may be formed. Alternatively or in addition, however, can also capacitive, ie, for example, within the tube wall of the measuring tube 2 arranged, electrodes as measuring electrodes 4 . 5 be used. Moreover, it is advantageous if the magnetic field system is designed such that the magnetic field also has at least one c ₂ symmetry with respect to the electrode axis x. According to one embodiment of the invention, the magnetic field is also designed so that it is substantially symmetrical within the Meßrohrlumens at least temporarily with respect to the aforementioned imaginary reference axes x, y, z in such a way that it substantially each at least one c2 symmetry (= 180 ° rotational symmetry).

Die Meßelektroden 4, 5 wie auch die wenigstens eine Feldspule 6 bzw. die Feldspulen 6, 7 sind schließlich über entsprechende Verbindungsleitungen 4, 5, 6, 7 mit der den Betrieb des Durchflußaufnehmers steuernden Meß- und Betriebsschaltung 8 elektrisch verbunden.The measuring electrodes 4 . 5 as well as the at least one field coil 6 or the field coils 6 . 7 are finally over appropriate connecting lines 4 . 5 . 6 . 7 with the measuring and operating circuit controlling the operation of the flow sensor 8th electrically connected.

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, daß Meßrohr zumindest anteilig, insb. überwiegend, aus einem magnetisch leitfähigem Material herzustellen, das eine relative Permeabilität μ_r aufweist, die wesentlich größer als eins ist. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung besteht dabei auch jener Bereich des das Meßrohrs aus dem magnetisch leitfähigem Material, in dem die Meßelektroden gehaltert sind.According to the invention, provision is also made for the measuring tube to be produced at least partially, in particular predominantly, from a magnetically conductive material which has a relative permeability μ _r which is substantially greater than one. According to one embodiment of the invention, that region of the measuring tube also consists of the magnetically conductive material in which the measuring electrodes are held.

Untersuchungen haben nämlich überraschenderweise gezeigt, daß bei Verwendung von magnetisch, insb. hoch, leitfähigem Material für das Meßrohr 2 zumindest im Bereich eines zentralen, durch die gedachte Feldspulenachse y und die gedachte Elektrodenachse x geschnittenes Rohrsegments des Meßrohrs 2 erhebliche Verbesserungen zumindest des stationären, also für die Messung des wenigstens einen Parameters ausreichend konstant gehaltenen Magnetfelds im Meßrohrlumen erzielt werden können, insb. hinsichtlich seiner Flußdichte B und/oder seiner Verteilung und Ausrichtung im Meßrohrlumen. So konnte beispielsweise für einen durch die Feldspulenachse y und die Elektrodenachse x aufgespannten, praktisch dem in 2 gezeigten Querschnitt A entsprechenden Querschnitt des Meßrohrs 2 ermittelt werden, daß die Flußdichte B zumindest des stationären Magnetfelds bei einer relativen Permeabilität μ_r von größer als 10 überraschender Weise überproportional hohe Werte annehmen kann. Dies läßt sich für konkrete Meßrohre und Magnetfeldsysteme u.a. anhand der sogenannten L²-Norm der Flußdichte B ohne weiteres verifizieren. Die L²-Norm ||B||_L2 der Flußdichte B gibt praktisch an, wieviel Magnetfeld in diesem Querschnitt A des Meßrohrs enthalten ist bzw. wie hoch die magnetische Energie des Magnetfeldes ist, und kann basierend auf der Formel

berechnet werden. Ein möglicher Verlauf der L²-Norm ||B||_L2 der Flußdichte B in Abhängigkeit von der gewählten relativen Permeabilität μ_r ist in 4a exemplarisch dargestellt. Einhergehend mit dieser auf der Verwendung von magnetisch hochleitfähigem Material basierenden Verbesserung des Magnetfelds im gesamten Meßrohrlumen läßt sich zudem eine erhebliche Erhöhung zumindest im Betrag |B| der Flußdichte B feststellen, sei es im Bereich des vorgenannten Rohrsegments, insb. innerhalb des vorgenannten Querschnitts A des Meßrohrs oder, wie in 5. exemplarisch dargestellt, zumindest entlang der Elektrodenachse x und in deren unmittelbaren Nähe. Infolge dieser Überhöhung der Flußdichte B, kann im Vergleich zu herkömmlichen magnetisch-induktiven Durchflußaufnehmern mit vergleichbarem Aufbau eine gleichermaßen erhebliche Erhöhung der Meßspannung U beobachtet werden.Surprisingly, investigations have shown that when using magnetic, esp. High, conductive material for the measuring tube 2 at least in the region of a central, through the imaginary field coil axis y and the imaginary electrode axis x cut pipe segment of the measuring tube 2 Significant improvements of at least the stationary, so for the measurement of at least one parameter sufficiently constant held magnetic field in the Meßrohrlumen can be achieved, esp. Regarding its flux density B and / or its distribution and orientation in Meßrohrlumen. Thus, for example, for a spanned by the field coil axis y and the electrode axis x, practically the in 2 shown cross section A corresponding cross section of the measuring tube 2 be determined that the flux density B at least the stationary magnetic field at a relative permeability μ _r greater than 10 can surprisingly take disproportionately high values. This can be readily verified for specific measuring tubes and magnetic field systems, inter alia, on the basis of the so-called L ² -norm of the flux density B. The L ² norm || B || _{L2 of} the flux density B practically indicates how much magnetic field is contained in this cross section A of the measuring tube or how high the magnetic energy of the magnetic field is, and can be based on the formula

be calculated. A possible course of the L ² -norm || B || _{L2 of} the flux density B as a function of the selected relative permeability μ _r is in 4a exemplified. Along with this improvement of the magnetic field in the entire measuring tube lumen, which is based on the use of magnetically highly conductive material, a considerable increase can also be achieved, at least in the amount | B | determine the flux density B, be it in the region of the aforementioned tube segment, esp. Within the aforementioned cross-section A of the measuring tube or, as in 5 , exemplified, at least along the electrode axis x and in their immediate vicinity. As a result of this increase in the flux density B, an equally significant increase in the measuring voltage U can be observed in comparison to conventional magnetic-inductive flow sensors with a similar structure.

Des weiteren hat sich gezeigt, daß sich in Abhängigkeit von der tatsächlichen Dimensionierung des Meßrohrs und des Magnetfeldsystems einschließlich allfälliger Rückführungen für das Meßrohr eine optimale relative Permeabilität μ_r finden läßt, bei der bei stationärem Magnetfeld die Flußdichte B und insoweit auch deren L²-Norm ||B||_L2 maximal ist, vgl. hierzu auch 4a. In entsprechender Weise weist der Meßaufnehmer eine maximale Empfindlichkeit auf, bei der das strömende, vom Magnetfeld durchsetzte Fluid eine maximale Meßspannung U zwischen den beiden Meßelektroden bewirkt. Weitere Untersuchungen hierzu führten zu der Erkenntnis, daß die optimale relative Permeabilität μ_r je nach Dimensionierung des Meßaufnehmers etwa im Bereich zwischen 10 und 1000, insb. im Bereich zwischen 20 und 400, liegt.Furthermore, it has been shown that depending on the actual dimensions of the measuring tube and the magnetic field system including any feedback for the measuring tube an optimal Find relative permeability μ _r , in the case of a stationary magnetic field, the flux density B and, to this extent, their L ² standard || B || _{L2 is} maximum, cf. this too 4a , In a corresponding manner, the transducer has a maximum sensitivity, in which the flowing, the magnetic field interspersed fluid causes a maximum measuring voltage U between the two measuring electrodes. Further studies have led to the finding that the optimum relative permeability μ _r, depending on the dimensioning of the measuring transducer, is approximately in the range between 10 and 1000, in particular in the range between 20 and 400.

Es ist ferner festgestellt worden, daß durch die Verwendung von magnetisch leitfähigem Material für das Meßrohr das stationäre Magnetfeld nicht nur hinsichtlich seiner Flußdichte B verbessert werden kann, sondern auch dahingehend, daß es in Richtung der Feldspulenachse y im Vergleich zu herkömmlichen Meßaufnehmern gleicher Bauart, zumindest innerhalb des vorgenannten Querschnitts A, eine deutlich gleichmäßigere und geradere Ausrichtung erfährt, symbolisiert durch die in 3. innerhalb des Meßrohrlumens nahezu parallel verlaufenden Feldlinien. Dies manifestiert sich u.a. auch darin, daß das Magnetfeld zumindest innerhalb des erwähnten Querschnitts A praktisch sowohl im Bereich der Feldspulen als auch im Bereich der Meßelektroden, insb. mit im wesentlichen derselben Richtung und/oder im wesentlichen gleicher magnetischer Flußdichte B, in das Meßrohrlumen eingekoppelt ist. Anders gesagt, können Nebenschlüsse des Magnetfelds vorbei an dem für die Messung relevanten Strömungsbereich vermieden oder zumindest sehr wirksam minimiert werden.It has also been found that by using magnetically conductive material for the measuring tube, the stationary magnetic field can be improved not only in terms of its flux density B but also in the direction of the field coil axis y as compared with conventional transducers of the same type, at least Within the aforementioned cross-section A, experiences a much more uniform and straighter alignment, symbolized by the in 3 , within the Meßrohrlumens almost parallel field lines. This manifests itself, inter alia, in the fact that the magnetic field is coupled into the measuring tube lumen, at least within the mentioned cross-section A, both in the area of the field coils and in the region of the measuring electrodes, in particular with essentially the same direction and / or substantially the same magnetic flux density B. is. In other words, bypasses of the magnetic field past the flow region relevant to the measurement can be avoided or at least very effectively minimized.

Im besonderen konnte dabei festgestellt werden, daß durch geeignete Wahl und Verteilung des magnetisch hochleitfähigen Materials, abgestimmt auf die für das Meßrohr tatsächlich gewählte Nennweite und/oder Wandstärke, zumindest im Bereich des zentralen Rohrsegments des Meßrohrs, insb. innerhalb des vorgenannten Querschnitts A, zumindest die in Richtung der Spulenachse y wirkenden Anteile B_y des Magnetfelds erhöht werden kann, während gleichzeitig eine Verringerung der in Richtung der Elektrodenachse x wirkenden Anteile B_x des Magnetfelds erzielbar ist.In particular, it has been found that by suitable choice and distribution of the magnetically highly conductive material, matched to the actually selected for the measuring tube nominal diameter and / or wall thickness, at least in the region of the central tube segment of the measuring tube, esp. Within the aforementioned cross-section A, at least the portions B _{y of} the magnetic field acting in the direction of the coil axis y can be increased, while at the same time a reduction of the portions B _{x of} the magnetic field acting in the direction of the electrode axis _x can be achieved.

Vorgenannte Effekte können wiederum sehr anschaulich anhand der jeweiligen L²-Norm ||B_x||_L2 und ||B_y||_L2 der einzelnen Komponenten B_x und B_y der Flußdichte B verifiziert werden, mathematisch ausgedrückt durch:

The aforementioned effects can again be very clearly illustrated by the respective L ² norm || B _x || _L2 and || B _y || _{L2 of} the individual components B _x and B _{y of} the flux density B are verified mathematically by:

Mögliche Verläufe der L²-Norm ||B_y||_L2 der für die Messung zumindest des Volumendurchflusses eigentlich erforderlichen Magnetfeld-Komponenten B_y sowie der L²-Norm ||B_x||_L2 der beispielsweise für die Messung des Volumendurchflusses eher unerwünschten Magnetfeld-Komponenten B_x sind jeweils in Abhängigkeit von der gewählten relative Permeabilität μ_r in den 4b und 4c exemplarisch dargestellt. Deutlich erkennbar sind der anfänglich positiv und sehr steil verlaufende, schließlich in einen Maximalwert mündende Anstieg der in Richtung der Spulenachse wirkenden Magnetfeld-Komponenten B_y bei gleichzeitig sehr steil abfallendem Verlauf der in Richtung der Elektrodenachse wirkenden Magnetfeld-Komponenten B_x.Possible curves of the L ² standard || B _y || _L2 the magnetic field components B _y actually required for the measurement of at least the volume flow, and the L ² norm || B _x || _{L2 of} the example for the measurement of the volume flow rather unwanted magnetic field components B _x are each dependent on the selected relative permeability μ _r in the 4b and 4c exemplified. Clearly seen the initial positive and very steeply extending, finally ending in a maximum increase of the force acting in the coil axis direction magnetic field components B _y at the same time very steeply sloping course of the force acting in the direction of the electrode axis magnetic field components B _x are.

Darüber hinaus kann das Magnetfeld durch die Verwendung magnetisch hoch leitfähigen Materials für das Meßrohr auch hinsichtlich seiner Homogenität in erheblichem Maße verbessert werden. Dies zeigt sich beispielsweise darin, daß eine Abweichung des Betrags |B| der Flußdichte B innerhalb des Meßrohrlumens, zumindest aber innerhalb des Querschnitts A, vom dort gemessenen Mittelwert B der Flußdichte B, also praktisch eine Varianz des Betrags |B| der Flußdichte B, um so kleiner wird, je größer die relative Permeabilität μ_r für das magnetisch leitfähige Material und insoweit auch für das Meßrohr selbst gewählt worden ist. Die Mittelwert B der Flußdichte B wie auch eine entsprechende totale Abweichung s kann für den Querschnitt A beispielsweise basierend auf folgenden mathematischen Beziehungen leicht ermittelt werden:

wobei die totale Abweichung s zumindest qualitativ die in 6 beispielhaft gezeigten Abhängigkeit von der relative Permeabilität μ_r aufweisen kann.In addition, the magnetic field can be significantly improved by the use of magnetically highly conductive material for the measuring tube also in terms of its homogeneity. This is evident, for example, in the fact that a deviation of the amount | B | the flux density B within the Meßrohrlumens, but at least within the cross section A, from the average value measured there B the flux density B, ie practically a variance of the amount | B | The flux density B, the smaller, the greater the relative permeability μ _{r has} been chosen for the magnetically conductive material and as far as the measuring tube itself. The mean B The flux density B as well as a corresponding total deviation s can be easily determined for the cross-section A, for example, based on the following mathematical relationships:

where the total deviation s at least qualitatively the in 6 as shown dependency on the relative permeability μ _r .

Sehr anschaulich kann diese Vergleichmäßigung und insoweit auch die Homogenisierung des Magnetfelds anhand einer relativen Abweichung s ∼ der Flußdichte B im Querschnitt A von ihrem dortigen Mittelwert B aufgezeigt werden, wobei sich die relative Abweichung s ∼ anhand folgender mathematischen Beziehung berechnen läßt:

This homogenization and to that extent also the homogenization of the magnetic field can be illustrated very clearly by means of a relative deviation s of the flux density B in the cross section A from its average there B The relative deviation s ~ can be calculated from the following mathematical relationship:

Im besonderen kann durch eine geeignete Verteilung des magnetisch leitfähigen Materials über das Meßrohr ohne weiteres erreicht werden, daß das stationäre Magnetfeld dergestalt ausgebildet ist, daß die momentane totale Abweichung s der über den Querschnitt A gemittelten Flußdichte B von dem momentan Mittelwert B der Flußdichte B in selbigem Querschnitt A oder auch deren Varianz kleiner als 0,005 und/oder daß die entsprechende relative Abweichung s ∼ der Flußdichte B vom Mittelwert B kleiner als 1%, insb. kleiner als 20‰, im Querschnitt A ist. Zudem kann durch die Verwendung des magnetisch hoch leitfähigen Materials für das Meßrohr das Magnetfeld so ausgebildet werden, daß es auch noch eine zur gedachten Elektrodenachse x parallel verlaufende Sekante des Querschnitts A senkrecht schneidet, die von der gedachten Elektrodenachse x eine Viertellänge eines Innen-Durchmessers des Meßrohrs D beabstandet ist.In particular, can be easily achieved by a suitable distribution of the magnetically conductive material through the measuring tube that the stationary magnetic field is formed such that the instantaneous total deviation s of the averaged over the cross section A flux density B from the current average B the flux density B in the same cross-section A or their variance is less than 0.005 and / or that the corresponding relative deviation s ~ the flux density B from the mean B less than 1%, in particular less than 20 ‰, in cross-section A is. In addition, by using the magnetically highly conductive material for the measuring tube, the magnetic field can be formed so that it also perpendicular to the imaginary electrode axis x parallel secant of the cross section A intersects the imaginary electrode axis x a quarter-length of an inner diameter of the Measuring tube D is spaced.

Im Ergebnis führt das vorbeschriebene Gleichrichten des Magnetfelds und/oder Vergleichmäßigen des Betrags |B| der Flußdichte, insoweit also die Homogenisierung des Magnetfelds, u.a. auch dazu, daß die Meßspannung U im Vergleich zu herkömmlichen magnetisch-induktiven Meßaufnehmern mit ähnlichem Aufbau weniger empfindlich auf allfällige Störungen der Fluidströmung, beispielsweise durch mitgeführte Fremdstoffe, eingeperlte Gase und/oder Veränderungen im Strömungsprofil, reagiert und insoweit sehr robust ist. Gleichermaßen kann so eine Verbesserung der für die Messung der wenigstens einen physikalischen Meßgröße relevanten Eigenschaften Magnetfelds, insb. eine Erhöhung der Flußdichte B im Bereich der Elektroden 4, 5 und der Elektrodenachse x wie auch innerhalb des zentralen Rohrsegments erzielt werden. Infolgedessen weist das Magnetfeldsystem eine höhere Effizienz auf und können die mit der Meßspannung U korrespondierenden Meßwerte, beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Volumendurchfluß, präziser ermittelt werden.As a result, the above-described rectification of the magnetic field and / or equalization of the magnitude | B | the flux density, so far as the homogenization of the magnetic field, including the fact that the measured voltage U compared to conventional magnetic-inductive sensors with similar structure less sensitive to any disturbances of the fluid flow, for example by entrained foreign matter, gases and / or changes in the flow profile , reacts and is very robust. Likewise, an improvement in the magnetic field characteristics relevant for the measurement of the at least one physical measured variable, in particular an increase in the flux density B in the region of the electrodes, can be achieved 4 . 5 and the electrode axis x as well as within the central tube segment. As a result, the magnetic field system has a higher efficiency and the measured values corresponding to the measuring voltage U, for example the flow velocity and / or the volume flow, can be determined more precisely.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das magnetisch leitfähige Material zumindest über einen Bereich eines zentralen Rohrsegments des Meßrohrs 2 verteilt, in dem auch die Elektroden und die wenigstens eine Feldspule angeordnet sind. Alternativ oder in Ergänzung dazu ist das magnetisch leitfähige Material gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zumindest entlang eines in sich geschlossenen Umfangs des Meßrohrs 2 und/oder über eine gesamte Länge des Meßrohrs 2, insb. auch gleichmäßig, verteilt. Des weiteren kann das magnetisch leitfähige Material dabei aber auch, sei es nun weitgehend homogen oder im wesentlichen heterogen, über das gesamte Meßrohr 2 verteilt sein.According to one embodiment of the invention, the magnetically conductive material is at least over a region of a central tube segment of the measuring tube 2 in which the electrodes and the at least one field coil are arranged. Alternatively or in addition to this, the magnetically conductive material according to a further embodiment of the invention is at least along a self-contained circumference of the measuring tube 2 and / or over an entire length of the measuring tube 2 , especially evenly distributed. Furthermore, the magnetically conductive material can also be, however, whether largely homogeneous or essentially heterogeneous, over the entire measuring tube 2 be distributed.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, das magnetisch leitfähige Material als eine im wesentlichen zusammenhängende Schicht im Meßrohr zu applizieren. Vorzugsweise weist das magnetisch leitfähige Material dabei eine Schichtdicke d auf, die viel kleiner ist als ein Innen-Durchmesser D des Meßrohrs. Alternativ oder in Ergänzung dazu sind der Innen-Durchmesser D des Meßrohrs 2 und die Schichtdicke d des magnetisch leitfähigen Materials so bemessen, daß ein Verhältnis von Schichtdicke des magnetisch leitfähigen Materials zu Innen-Durchmesser D des Meßrohrs kleiner als 0.2, insb. kleiner 0.1, ist.According to a further embodiment of the invention, it is provided to apply the magnetically conductive material as a substantially continuous layer in the measuring tube. In this case, the magnetically conductive material preferably has a layer thickness d which is much smaller than an inner diameter D of the measuring tube. Alternatively or in addition to this, the inner diameter D of the measuring tube 2 and the layer thickness d of the magnetically conductive material so dimensioned that a ratio of layer thickness of the magnetically conductive material to inner diameter D of the measuring tube is less than 0.2, esp. Less than 0.1, is.

Zur Vermeidung von erhöhten Wirbelstrom- und/oder erhöhten Ummagnetisierungsverlusten im Meßrohr 2 kann letzteres darüber hinaus auch schichtweise aus mehreren solcher, einander abwechselnd, insb. koaxial, übereinanderliegenden Schichten aus magnetisch leitfähigem Material und elektrisch magnetisch nicht leitendem Material aufgebaut sein. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen wenigstens eine Schicht, insb. aber mehrere radial voneinander beabstandete Schichten, des magnetisch leitfähigen Materials in ein elektrisch im wesentlichen nicht leitendes Material und/oder wenigstens eine Schicht, insb. aber mehrere radial voneinander beabstandete Schichten, elektrisch im wesentlichen nicht leitenden Materials in magnetisch leitfähiges Material einzubetten. Darüber hinaus können im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Meßaufnehmer, falls erforderlich, aber auch weiterführenden Maßnahmen zur Minimierung von Wirbelströmen angewandt werden, beispielsweise die in der EP-A 1 460 394 und/oder der US-A 60 31 740 vorgeschlagen Verfahren zur Regelung des das Magnetfeld-System treibenden Erregerstroms.To avoid increased eddy current and / or increased Ummagnetisierungsverlusten in the measuring tube 2 In addition, the latter can also be made in layers of several such alternately, especially coaxially, superimposed layers of magnetically conductive material and electrically magnetic be constructed of non-conductive material. According to one embodiment of the invention, therefore, at least one layer, in particular but a plurality of radially spaced apart layers of the magnetically conductive material in an electrically substantially non-conductive material and / or at least one layer, esp. But a plurality of radially spaced apart layers, electrically embed substantially non-conductive material in magnetically conductive material. In addition, in connection with the transducer according to the invention, if necessary, but also further measures to minimize eddy currents can be applied, for example, in EP-A 1 460 394 and / or US-A 60 31 740 proposed method for controlling the Magnetic field system driving excitation current.

Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Meßrohr 2, wie bei Meßaufnehmern der beschriebenen Art durchaus üblich, mittels eines als äußere Rohrwand und/oder als äußere Umhüllung dienenden, insb. metallischen und/oder magnetisch leitfähigen, Trägerrohrs 21 gebildet, das innen mit wenigstens einer Schicht 22 aus elektrisch isolierendem Material, wie z.B. Keramik, Hartgummi, Polyfluorethylen, Polyurethan oder dergleichen, dem sogenannten Liner, ausgekleidet ist; bei vollständig aus einem vergleichsweise nicht-leitenden Kunststoff oder aus einer Keramik, insb. aus Aluminiumoxid-Keramik, bestehenden Meßrohren ist solch eine zusätzliche elektrisch nichtleitende Schicht demgegenüber nicht zwingend erforderlich. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung besteht das Trägerrohr zumindest anteilig aus dem magnetisch leitfähigen Material, insb. einem magnetisch leitfähigen Metall.In the embodiment shown here is the measuring tube 2 , as quite customary in the case of measuring transducers of the type described, by means of a carrier tube which is used in particular as an outer tube wall and / or as an outer cladding, in particular metallic and / or magnetically conductive 21 formed inside with at least one layer 22 made of electrically insulating material, such as ceramic, hard rubber, polyfluoroethylene, polyurethane or the like, the so-called liner, lined; when completely made of a comparatively non-conductive plastic or ceramic, esp. Alumina ceramic, existing measuring tubes such an additional electrically non-conductive layer, however, is not mandatory. According to one embodiment of the invention, the support tube consists at least partially of the magnetically conductive material, in particular a magnetically conductive metal.

Das Trägerrohr 21 weist, wie auch in der 2 und 3 schematisiert dargestellt, eine Wandstärke d_T auf, die zumindest im Vergleich zum Innen-Durchmesser D_T des Trägerrohrs viel kleiner ist. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Innen-Durchmesser D_T und die Wandstärke d des Trägerrohrs so bemessen sind, daß ein Durchmesser-Wandstärke-Verhältnis w = d_T/D_T der Wandstärke d_T des Trägerrohrs zu dessen Innen-Durchmesser D_T kleiner als 0.5, insb. kleiner 0.2, ist. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein solches magnetisch leitfähiges Material für das Trägerrohr 21 verwendet und sind dessen Wandstärke d_T und Innen-Durchmesser D_T so bemessen, daß das vorgenannte Durchmesser-Wandstärke-Verhältnis w multipliziert mit der relativen Permeabilität μ_r des magnetisch leitfähigen Materials einen Wert d_T/D_T·μ_r ergibt, der kleiner als 5, insb. kleiner als 3, ist. Alternativ oder in Ergänzung dazu, ist ein solches magnetisch leitfähiges Material für das Trägerrohr verwendet und sind dessen Wandstärke d_T und Innen-Durchmesser D_T so bemessen, daß dieser mittels des Durchmesser-Wandstärke-Verhältnisses w und der relativen Permeabilität μ_r des magnetisch leitfähigen Materials gebildete Wandstärke-Formfaktor d_T/D_T·μ_r für das Trägerrohr und insoweit auch für das gesamte Meßrohr einen Wert annimmt, der größer als eins, insb. größer als 1.2, ist.The carrier tube 21 points, as well as in the 2 and 3 shown schematically, a wall thickness d _T on, which is much smaller at least compared to the inner diameter D _{T of} the support tube. According to a further embodiment of the invention is further provided that the inner diameter D _T and the wall thickness d of the support tube are dimensioned so that a diameter-wall thickness ratio w = d _T / D _{T of} the wall thickness d _{T of} the support tube to the inside Diameter D _{T is} smaller than 0.5, in particular smaller than 0.2. According to a further embodiment of the invention is such a magnetically conductive material for the support tube 21 are used and its wall thickness d _T and inner diameter D _{T are} such that the aforementioned diameter-wall thickness ratio w multiplied by the relative permeability μ _{r of} the magnetically conductive material results in a value d _T / D _T · μ _r , the smaller than 5, esp. Less than 3, is. Alternatively or in addition, such a magnetically conductive material is used for the support tube and its wall thickness d _T and inner diameter D _T are dimensioned such that this by means of the diameter-wall thickness ratio w and the relative permeability μ _{r of} the magnetically conductive Material formed wall thickness form factor d _T / D _T · μ _r for the support tube and as far as the entire measuring tube assumes a value which is greater than one, esp. Greater than 1.2, is.

Weiterführende Untersuchungen haben zudem ergeben, daß neben der Wandstärke d_T und dem Innen-Durchmesser D_T des magnetisch leitfähigen Trägerrohrs auch die Geometrie und/oder die räumliche Anordnung der dem Führen des Magnetfelds außerhalb des Meßrohrs dienenden magnetischen Rückführung 17 erheblichen Einfluß auf den Verlauf des Magnetfelds innerhalb Meßrohrlumen, insb. aber auf die räumliche Verteilung der Flußdichte B und/oder deren Betrag innerhalb des Querschnitts A und/oder Meßrohrlumens, nehmen kann. Im besonderen konnte hierzu festgestellt werden, daß beispielsweise für ein Trägerrohr, bei dem die Wandstärke d_T, der Innen-Durchmesser D_T sowie die relative relative Permeabilität μ_r vorgegeben sind, im Sinne einer möglichst gleichmäßig über den Querschnitt A verteilten Flußdichte B zumindest im Bereich der Meßelektroden ein optimaler mittlere Abstand h_r zwischen der magnetischen Rückführung 17 und dem Trägerrohr bestimmbar ist. Umgekehrt wiederum kann für den Fall, daß Wandstärke d_T, Innen-Durchmesser D_T und seitliche Einbaumaße für den Meßaufnehmer vorgegeben oder limitiert sind, eine für die betragsmäßig möglichst gleichmäßige Ausprägung des Magnetfelds optimale relativen Permeabilität μ_r ermittelt werden. Nach einer anderen Ausgestaltung ist daher ferner das Trägerohr und die Rückführung so ausgelegt und so dimensioniert, daß ein Abstand-Durchmesser-Verhältnis w_r = h_r/(d_T + D_T) des mittleren Abstands h_r zu einem Außen-Durchmesser (d_T + D_T) des Trägerrohrs kleiner als eins, insb. kleiner als 0.5, ist. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein solches magnetisch leitfähiges Material für das Trägerrohr verwendet und sind dessen Wandstärke d_T und Innen-Durchmesser D_T so bemessen, daß das vorgenannte Abstand-Durchmesser-Verhältnis w_r multipliziert mit der relativen Permeabilität μ_r des magnetisch leitfähigen Materials einen Wert μ_r·h_r/(d_T + D_T) ergibt, der kleiner als 100, insb. kleiner als 60, ist. Alternativ oder in Ergänzung dazu ist ferner vorgesehen, ein solches magnetisch leitfähiges Material für das Trägerrohr zu verwenden und dessen Wandstärke d_T und Innen-Durchmesser D_T so zu bemessen, daß dieser mittels des Abstand-Durchmesser-Verhältnis w_r und der relativen Permeabilität μ_r des magnetisch leitfähigen Materials gebildete Rückführungs-Formfaktor μ_r·h_r/(d_T + D_T) für das Trägerrohr und insoweit auch für das gesamte Meßrohr einen Wert annimmt, der größer als eins ist.Further investigations have also shown that in addition to the wall thickness d _T and the inner diameter D _{T of} the magnetically conductive support tube and the geometry and / or the spatial arrangement of the magnetic field outside the measuring tube serving magnetic feedback 17 significant influence on the course of the magnetic field within Meßrohrlumen, esp. But on the spatial distribution of the flux density B and / or their amount within the cross-section A and / or Meßrohrlumens take. In particular, it was found that, for example, for a support tube in which the wall thickness d _T , the inner diameter D _T and the relative relative permeability μ _{r are} given in the sense of a uniformly distributed over the cross-section A flux density B at least in Range of the measuring electrodes an optimum average distance h _r between the magnetic feedback 17 and the carrier tube can be determined. Conversely, in the case that wall thickness d _T , inner diameter D _T and lateral installation dimensions for the measuring transducer are predetermined or limited, an optimum permeability μ _r which is as uniform as possible for the magnitude of the magnetic field can be determined. According to another embodiment, therefore, the support ear and the return is further designed and dimensioned so that a distance-diameter ratio w _r = h _r / (d _T + D _T ) of the average distance h _r to an outer diameter (d _T + D _T ) of the support tube is less than one, esp. Less than 0.5, is. According to a further embodiment of the invention, such a magnetically conductive material is used for the support tube and its wall thickness d _T and inner diameter D _{T are} such that the aforementioned distance-diameter ratio w _r multiplied by the relative permeability μ _{r of} the magnetic conductive material has a value μ _r · h _r / (d _T + D _T ), which is less than 100, esp. Less than 60, is. Alternatively or in addition, it is further provided to use such a magnetically conductive material for the support tube and its wall thickness d _T and inner diameter D _{T to be} such that this by means of the distance-diameter ratio w _r and the relative permeability μ _Formed return of the magnetically conductive material μ _r · h _r / (d _T + D _T ) for the support tube and as far as the entire measuring tube assumes a value that is greater than one.

Die für eine konkrete Konfiguration des Meßrohrs und des Magnetfeld-Systems im Sinne einer maximalen Meßspannung U optimale relative Permeabilität μ_r des für das Meßrohr verwendeten magnetisch leitfähigen Materials kann für praktisch relevante Durchmesser-Wandstärke-Verhältnis w und/oder praktisch relevante Abstand-Durchmesser-Verhältnis w_r aus den in den 7 und 8 dargestellten, empirisch ermittelten Kennlinienfeldern direkt abgelesen werden.The for a specific configuration of the measuring tube and the magnetic field system in the sense of a maxi The measuring voltage U optimal relative permeability μ _r of the magnetically conductive material used for the measuring tube can be for practically relevant diameter-wall thickness ratio w and / or practically relevant distance-diameter ratio w _r from the in the 7 and 8th shown, empirically determined characteristic curves are read directly.

Obwohl, wie zuvor am Beispiel des Rückführungs-Formfaktor μ_r·h_r/(d_T + D_T) aufgezeigt, auch die Dimensionierung der Rückführung durchaus die Ausbreitung des Magnetfelds, insb. die Verteilung der der Flußdichte B innerhalb des Querschnitts A, beeinflussen kann, konnte jedoch überraschender Weise festgestellt werden, daß der Innen-Durchmesser und die Wandstärke des Trägerrohrs oder allgemeiner der Innen-Durchmesser D des Meßrohrs und die Verteilung, insb. die Schichtdicke, des magnetisch leitfähigen Materials im Meßrohr diesbezüglich einen weitaus größeren Einfluß auf die Ausbreitung des Magnetfelds innerhalb des Meßrohrlumens und insoweit auch auf die Ausprägung und die Robustheit der Meßspannung U nehmen können. So sind in der 9 Verläufe für die oben totale Abweichung s vom Mittelwert B und in der 10 für die relative Abweichung s ∼ vom Mittelwert B gezeigt, die empirisch für verschiedene Durchmesser-Wandstärke-Verhältnisse w und verschiedene Abstand-Durchmeser-Verhältnisse w_r im Bereich des Querschnitts A ermitteltet wurden. Dabei sind in den 9 und 10 für jedes der hier gewählten Durchmesser-Wandstärke-Verhältnisse w (0,0005....0,1876), jeweils dieselben vier verschieden Abstand-Durchmeser-Verhältnisse w_r (0,25; 05; 0,75; 1) untersucht und in der Weise zu einem über das jeweilige Durchmesser-Wandstärke-Verhältnis w definiertes und durch den jeweils einheitlich gewählten Linienstil (w = 0,0175 –; w = 0,0629: --; w = 0,1253: --; w = 0,1876: –·–; w = 0,25: -·-) repräsentiertes Ensemble zusammengefaßt worden. Deutlich erkennbar ist, daß für praktisch relevante Durchmesser-Wandstärke-Verhältnisse w von größer 0,01 einerseits bei hinreichend groß gewählter relativer Permeabilität μ_r von größer gleich 10 kaum noch eine Einfluß der Rückführung auf die relative Abweichung s ∼ und insoweit auf die Gestalt des Magnetfelds innerhalb des Querschnitts A feststellbar ist. Anderseits können für besagte Wandstärke-Verhältnisse w von größer 0,01 bei einer hinreichend groß gewählten relativer Permeabilität μ_r von größer gleich 10 nur noch marginale Verbesserungen des Magnetfelds im Sinne einer zumindest betragsgemäßen Gleichverteilung der Flußdichte B innerhalb des Querschnitts A erzielt werden.Although shown, the dimensioning of the feedback influence quite the propagation of the magnetic field, esp. The distribution of the flux density B within the cross section A, as before on the example of the feedback form factor μ _r · h _r / (d _T + D _T) can, however, it has surprisingly been found that the inner diameter and the wall thickness of the support tube or more generally the inner diameter D of the measuring tube and the distribution, in particular the layer thickness of the magnetically conductive material in the measuring tube in this respect a much greater influence on the Propagation of the magnetic field within the Meßrohrlumens and so far can take on the severity and robustness of the measuring voltage U. So are in the 9 Gradients for the above total deviation s from the mean B and in the 10 for the relative deviation s ~ from the mean B which were determined empirically for different diameter-wall thickness ratios w and different pitch-to-diameter ratios w _r in the region of the cross-section A. Here are in the 9 and 10 for each of the diameter-wall thickness ratios w (0.0005 .... 0.1876) selected here, in each case the same four different spacing-diameter ratios w _r (0.25; 05; 0.75; 1) are investigated and in the manner defined by the respective diameter-wall thickness ratio w and by the respectively uniformly selected line style (w = 0.0175 -; w = 0.0629: -; w = 0.1253: -; w = 0.1876: - · -; w = 0.25: - · -) has been summarized. It is clearly recognizable that, for practically relevant diameter-wall thickness ratios w of greater than 0.01, on the one hand, if the relative permeability μ _r of greater than or equal to 10 is sufficiently high, there is hardly any influence of the feedback on the relative deviation s and thus on the shape of the Magnetic field within the cross-section A can be determined. On the other hand, only marginal improvements of the magnetic field in the sense of an at least equal distribution of the flux density B within the cross section A can be achieved for said wall thickness ratios w of greater than 0.01 given a sufficiently large relative permeability μ _r greater than or equal to 10.

Darüber hinaus zeigt sich anhand von in den 11 a, b, c und 12a, b, c dargestellten Verläufen der Mittelwerte wie auch der L²-Normen, die jeweils in Abhängigkeit von den vorgenannten Verhältnisse w und a sowohl für die Flußdichte B als auch deren einzelnen Komponenten B_x und B_y numerisch ermittelt wurden, daß durch die Verwendung von magnetisch hoch leitfähigem Material für das Meßrohr zumindest für relative Permeabilitäten μ_r im Bereich zwischen 10 und 50 zusätzlich zur Reduzierung des in Richtung der Elektrodenachse x wirkenden Anteils des Magnetfelds auch eine Erhöhung der magnetischen Energie zumindest innerhalb des Querschnitts A und insoweit auch eine Erhöhung der Effizienz des Magnetfeld-System erzielt werden kann.In addition, it shows up in the 11 a, b, c and 12a , b, c shown curves of the means as well as the L ² norms, which were respectively determined numerically as a function of the aforementioned ratios w and a both for the flux density B and their individual components B _x and B _y , that by the use of of magnetically highly conductive material for the measuring tube at least for relative permeabilities μ _r in the range between 10 and 50 in addition to reducing the proportion of the magnetic field acting in the direction of the electrode axis x also an increase in the magnetic energy at least within the cross section A and to that extent also an increase in Efficiency of the magnetic field system can be achieved.

Es sei an dieser Stelle noch erwähnt, daß als magnetisch leitfähiges Material zur Realisierung der Erfindung Baustahl, Gußeisen oder auch ein, beispielsweise durch Dispersion, mit magnetisch leitfähigen Partikeln dotierter Verbundwerkstoff und/oder Kunststoff verwendet werden kann; selbstverständlich können aber auch andere, im Sinne der Erfindung magnetisch leitfähige Werkstoffe als Material für das Meßrohr dienen, beispielsweise auch solche Werkstoffe wie sie herkömmlicherweise für die Spulenkerne und/oder die magnetische Rückführung verwendet worden sind oder werden. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist dementsprechend vorgesehen, daß das Meßrohr, insb. auch das zuvor erwähnte Trägerrohr, zumindest anteilig aus ferromagnetischem Metall hergestellt ist. Dabei kann das Meßrohr, insb. auch das zuvor erwähnte Trägerrohr, zumindest anteilig aus weichmagnetischem Metall und/oder zumindest anteilig aus hartmagnetischem Metall bestehen.It be mentioned at this point, that as magnetically conductive Material for the realization of the invention structural steel, cast iron or also, for example by dispersion, with magnetically conductive particles doped composite material and / or plastic can be used can; Of course can but also other, in the context of the invention, magnetically conductive materials as material for the measuring tube serve, for example, such materials as they conventionally for the Coil cores and / or magnetic feedback have been used or will. According to one embodiment of the invention is accordingly provided that the measuring tube, esp. Also the aforementioned Support tube, at least partially made of ferromagnetic metal. In this case, the measuring tube, esp. Also the aforementioned Carrier tube, at least proportionately of soft magnetic metal and / or at least partially made of hard magnetic metal.

Wie sich aus den vorangegangenen Erläuterungen unschwer erkennen läßt, zeichnet sich der erfindungsgemäße Meßaufnehmer durch eine Vielzahl von Freiheitsgraden aus, die es dem Fachmann, insb. auch noch nach einer Spezifikation von äußeren und/oder inneren Einbaumaßen (Nennweite, Einbaulänge, Seitenabstand etc.), ermöglichen, durch Auswahl eines entsprechend geeigneten Materials für das Meßrohr eine Optimierung des Magnetfelds und somit beispielsweise eine Verbesserung der Empfindlichkeit der Meßspannung U auf den vom Fluid zu messenden Parameter wie auch deren Robustheit gegenüber allfälligen Störungen im Fluid zu erzielen. In Kenntnis der Erfindung und vor dem Hintergrund des eingangs referierten Standes der Technik besteht für den Fachmann auch keinerlei Schwierigkeit darin, die für die jeweilige Anwendung geeigneten Materialien für das Meßrohr zu ermitteln.As from the previous explanations easy to recognize draws the transducer according to the invention through a variety of degrees of freedom that allow the professional, esp. even after a specification of external and / or internal installation dimensions (nominal diameter, Installation length, Side distance, etc.), allow by selecting a suitably suitable material for the measuring tube a Optimization of the magnetic field and thus, for example, an improvement the sensitivity of the measuring voltage U on the parameters to be measured by the fluid as well as their robustness across from any possible disorders to achieve in the fluid. With knowledge of the invention and against the background The prior art cited at the beginning is for the person skilled in the art also no difficulty in it, suitable for the respective application Materials for the measuring tube to investigate.

Claims

For conducting an electrically conductive fluid measuring tube ( 2 ) of a magnetic-inductive flow meter, wherein the measuring tube ( 2 ) consists at least proportionally, in particular predominantly, of a magnetically conductive material which has a relative permeability, μ _r , which is substantially greater than one, in particular greater than 10.

A measuring tube according to the preceding claim, wherein the magnetically conductive material has a relative permeability, μ _r , which is substantially greater than 10, esp. Greater than 20, is.

Pipe according to any one of the preceding claims, wherein the magnetically conductive material having a relative permeability, μ _r, which, in particular less than 1000. Smaller than 400.

Measuring tube according to one of the preceding claims, wherein the magnetically conductive material has a relative permeability, μ _r , which is in a range between 20 and 400.

measuring tube according to one of the preceding claims, wherein at least one central tube segment of the measuring tube, esp. Along a self-contained circumference of the measuring tube, from the magnetic conductive Material exists.

measuring tube according to one of the preceding claims, the magnetically conductive Material essentially over an entire length of the measuring tube and / or over an entire circumference of the measuring tube, especially evenly, distributed is.

measuring tube according to one of the preceding claims, the measuring tube at least partially made of ferromagnetic metal.

measuring tube according to the preceding claim, wherein the measuring tube at least partially from soft magnetic metal.

measuring tube according to claim 7 or 8, wherein the measuring tube at least partially from hard magnetic metal.

measuring tube according to one of the preceding claims, the magnetically conductive Material has a layer thickness (d), which is much smaller than an inner diameter (D) of the measuring tube.

measuring tube according to the previous claim, wherein the inner diameter (D) of the measuring tube and the layer thickness (d) of the magnetically conductive material is so dimensioned are that one relationship from layer thickness of the magnetically conductive material to inner diameter of the measuring tube less than 0.2, esp. Less than 0.1, is.

Measuring tube according to one of the preceding claims, wherein the measuring tube ( 2 ) is formed at least on its fluid-contacting inside substantially non-electrically conductive.

measuring tube according to one of the preceding claims, the measuring tube by means of an outer tube wall and / or serving as an outer wrapping, In particular. Metallic and / or electrically conductive, support tube is formed, the inside with at least one layer of electrically insulating material is lined.

measuring tube according to the preceding claim, wherein the support tube at least partially, especially predominantly, from the magnetically conductive Material exists.

measuring tube according to the preceding claim, wherein the support tube predominantly, esp. Continuously, made of metal consists.

Measuring tube according to one of claims 13 to 15, wherein the support tube has a wall thickness (d _T ), which is much smaller than an inner diameter (D _T ) of the support tube.

Measuring tube according to the preceding claim, wherein the inner diameter (D _T ) and the wall thickness (d _T ) of the support tube are dimensioned such that a ratio (d _T / D _T ) of the wall thickness (d _T ) of the support tube to the inner Diameter (D _T ) is less than 0.5, esp. Less than 0.2, is.

Measuring tube according to the preceding claim, wherein such a magnetically conductive material is used, that the ratio (d _T / D _T ) of the wall thickness (d _T ) of the support tube to its inner diameter (D _T ) multiplied by the relative permeability (μ _r ) of the magnetically conductive material gives a value (d _T / D _T · μ _r ) which is less than 5, in particular less than 3.

Measuring tube according to claim 17 or 18, wherein such a magnetically conductive material is used, that the ratio (d _T / D _T ) of the wall thickness (d _T ) of the support tube to its inner diameter (D _T ) multiplied by the relative permeability (μ _r ) of the magnetically conductive material gives a value (μ _r · d _T / D _T ) which is greater than one, in particular greater than 1.2.

measuring tube according to one of the preceding claims, the components thereof consisting of metal predominantly Dimensions off magnetically conductive Material exist.

Magnetic-inductive flowmeter for a fluid flowing in a conduit, the one measuring tube according to one the previous claims includes.

Magnetic-inductive flow meter after the previous one Claim further comprising: A measuring and operating circuit, - one of the measuring and operating circuit fed magnetic field system by means of at least one on the measuring tube or near it arranged field coil at least temporarily passing through a lumen of the measuring tube, esp. Clocked, magnetic field generated, and - At least two measuring electrodes for picking up electrical potentials and / or electrical Tensions in through the measuring tube flowing and are induced by the magnetic field interspersed fluid, - in which the measuring and operating circuitry for generating measurements comprising at least one of represent the fluid descriptive parameters, at least temporarily with at least one of the measuring electrodes connected is.

Magnetic-inductive flow meter after the previous one Claim, wherein the measuring electrodes spaced from the at least one field coil at the measuring tube and / or are arranged within the tube wall.

Magnetic-inductive flow meter after the previous one Claim, wherein the magnetically conductive material at least in Area of a central tube segment of the measuring tube, esp. Along a self-contained circumference of the measuring tube, so distributed and the at least one field coil and the measuring electrodes arranged on the measuring tube are that that In operation at least temporarily generated magnetic field both in the area the field coils as well as in the field of measuring electrodes, esp. With substantially the same direction and / or substantially the same magnetic flux density, into the lumen of the measuring tube is coupled.

Magnetic-inductive flow meter after the previous one Claim, wherein the at least two measuring electrodes arranged on the measuring tube are that one this imaginary connecting electrode axis at least temporarily the lumen of measuring tube passing through magnetic field substantially perpendicularly.

Magnetic-inductive flow meter after the previous one Claim, wherein the magnetically conductive material at least in Area of a central tube segment of the measuring tube, esp. Along a self-contained circumference of the measuring tube, so distributed and the at least one field coil and the measuring electrodes arranged on the measuring tube are that that at least temporarily generated magnetic field within the lumen of the measuring tube formed at least in the region of the central tube segment Is that it is at least in the area of the pipe wall also in a vertical distance from the imaginary electrode axis of more than a quarter length of a Inside diameter (D) of the measuring tube at least predominantly is aligned perpendicular to the imaginary electrode axis.

Magnetic-inductive flowmeter according to one of claims 21 to 26, the further at least one extending outside of the measuring tube magnetic feedback to the To lead the magnetic field outside of the measuring tube includes.

Magnetic-inductive flowmeter according to the preceding claim, wherein a, especially in the region of the measuring electrodes measured, average distance (h _r ) between the magnetic return and the measuring tube is chosen so that a distance-diameter ratio (h _r / (d _T + D _T )) of the mean distance (h _r ) to an outer diameter (d _T + D _T ) of the support tube is less than one, esp. Less than 0.5, is.

Magnetic-inductive flowmeter according to the preceding claim, wherein such a magnetically conductive material is used, that the ratio (h _r / (d _T + D _T )) of the average distance (h _r ) to the outer diameter (d _T + D _T ) of the support tube multiplied by the relative permeability (μ _r ) of the magnetically conductive material gives a value (μ _r · h _r / (d _T + D _T )) which is less than 100, in particular less than 60.